Menü
|
Ha
az ABC
háromszög belsejében levő P
pont távolsága a csúcsoktól p, q,
r, az oldalaktól x,
y, z, akkor keressük
meg a
tört
minimális értékét!
|
Az animáció alapján
megfogalmazható sejtés szerint
.
A
sejtés Erdős Páltól(1913-1996) származik, az első megoldást
L. J. Mordell(1888-1972) adta.
| | Erdős Pál | L. J. Mordell | Tegyük fel, hogy p,
q,
r
rendre a P
pontnak az A,
B,
C
csúcsoktól, x,
y,
z
pedig a BC,
CA,
AB
oldalaktól mért távolsága, ahogyan azt az ábra mutatja.
Bebizonyítjuk az alábbi segédtételt:
A
bizonyításhoz tükrözzük a B és C
csúcsot
a BAC szög szögfelezőjére, a tükörképek C', illetve
B', a P pont helyben marad. Ahogyan azt a szerkesztés is mutatja, az
AB'C' háromszög oldalai most a tükrözés távolságtartása miatt AC'=b,
B'C'=a és B'A=c, továbbá a P pont távolsága B'C', C'A, AB' oldalaktól
rendre x', z, y.
Legyen az AB'C' háromszög A-hoz tartozó magssága .
Ez a szakasz biztosan nem hosszabb, mint az A csúcstól a P ponton
át a B'C' egyenesig vezető bármely "út", azaz
.
Szorozzuk be mindkét oldalt a-val, ekkor az
egyenlőtlenséget kapjuk, ahol a bal oldalon álló kifejezés pontosan az
AB'C' háromszög területének kétszerese. Az AB'C' háromszög területét
azonban felírhatjuk az APC', C'PB', B'PA háromszögek területének
összegeként is, így az
egyenlőtlenséget, majd ax' levonása után a bizonyítandó összefüggést
kapjuk. Hasonló módon igazolható a másik két egyenlőtlenség is.
A segédtétel egyenlőtlenségeit átrendezve juthatunk el a
összefüggésekhez.
A kapott három egyenlőtlenség összeadása pontosan az Erdős-Mordell
egyenlőtlenséghez vezet, ugyanis
és
mivel egy pozitív számnak és reciprokának összege legalább 2, ezért
Az
egyenlőtlenség két végét összevetve kapjuk, hogy
,
tehát bebizonyítottuk az Erdős-Mordell egyenlőtlenséget.
Az egyenlőség egyik feltétele, hogy
az oldalak és a reciprokaik összege pontosan 2 legyen, ez pedig csak
a=b=c esetén teljesül, azaz ha a háromszög szabályos. Szabályos
háromszög esetén azonban a leveztésben szereplő ABC és AB'C'
háromszögek egybeesnek, így az AP és az x' szakasz helyzete azonos az
AP és az x szakasz helyzetével. Továbbá akkor és csak akkor
lehet egyenlő a p+x összeggel, ha P pont rajta van az szakaszon,
és ugyanígy a P pontnak rajta kell lennie az és szakaszokon is,
azaz a B és C pontokhoz tartozó magasságokon is. Ebből következik, hogy
egyenlőség esetén a P pont csakis a szabályos háromszög magasságpontja
lehet.
|
|